Efnatengi

Úr Wikipediu, frjálsa alfræðiritinu
Stökkva á: flakk, leita

Efnatengi er eðlisfræðilegt ferli sem veldur aðdráttarvíxlverkun milli minnstu eininga efna (þær geta verið atóm, plúsjónir, mínusjónir eða sameindir) þannig að þau verða stöðug. Skýring aðdráttarkraftanna er flókið efni sem lýst er með lögmálum skammtarafsegulfræði. Í reynd láta efnafræðingar sér yfirleitt nægja að skýra efnatengi á grundvelli skammtafræðinnar eða almennari lýsinga sem eru ekki eins nákvæmar en auðskildari. Almennt hljótast sterk efnatengi af því að hlutaðeigandi atóm deila með sér rafeindum eða þær flytjast af öðru á hitt. Sameindum, kristöllum og tvíatóma lofttegundum -- mestöllum hinum áþreifanlega veruleika -- er haldið saman með efnatengjum, sem stýra byggingu efnisins.

Efnatengi eru mjög missterk. Almennt er deilitengjum og jónatengjum lýst sem "sterkum" en vetnistengjum og van der Waals-tengjum sem "veikum". Aðgát skyldi þó höfð því sterkustu "veiku" tengin geta verið sterkari en veikustu "sterku" tengin.

Þegar efnatengi rofna og myndast í efnahvarfi breytast efni úr einu í annað. Hvarfefnin kunna að búa yfir allt öðrum eiginleikum en myndunarefnin.

Yfirlit[breyta]

Kjarnar atóma draga rafeindir atómanna til sín vegna gagnstæðrar hleðslu. Efnatengi einkennast af eðlisfræðilegum ástöndum þar sem nokkrar rafeindir færast að hluta til af einu atómi yfir á eitt eða fleiri önnur atóm, knúin áfram af lækkun heildarorku sem hlýzt af slíkum flutningi. Þessi orkuminnkun orsakast af enduruppröðun hleðslna og leiðir venjulega til nettóminnkunar meðalfjarlægðar milli rafeinda allra tengdu atómanna og kjarna þeirra. Hleðsluflutningurinn sem hlýzt af færslu rafeindar af einu atómi á annað veldur því að hlutaðeigandi atóm (sem geta verið frá tveimur upp í mjög mörg) dragast hvert að öðru rafsegulfræðilega. Aðdráttarkrafturinn milli atóma er tengið.

Samkvæmt hefð er eiginleikum efnatengja til einföldunar skipt í tvær aðalgerðir: deilitengi og jónatengi, sjá nánari umfjöllun aftar í greininni.

Flest efnatengi hafa blandað tengi- og jónaeðli, þ.e. atómin deila bindirafeindum á milli sín, en ójafnt. Skýra má öll tengi með skammtafræði, en í reynd gera einföldunarreglur efnafræðingum kleift að segja fyrir um styrk, stefnu og skautun tengja. Áttundarreglan (sjá aftar) og VSEPR-kenningin eru tvö dæmi. Háþróaðri kenningar eru gildisrafeindakenningin og með henni svigrúmapörun, meðsveiflun og línuleg samsetning atómasvigrúma (sameindasvigrúmaaðferðin) sem felur í sér bindlasviðskenninguna. Rafstöðufræði eru notuð til að lýsa skautun tengja og áhrifunum sem þau hafa á efni.

Saga[breyta]

Vangaveltur frá 12. öld um eðli efnatengisins voru á þá leið að tilteknar gerðir efnafræðilegra tegunda hefðu tiltekna efnafræðilega ásælni. Árið 1704 birti Isaac Newton sína frægu atómtengjakenningu, í "Query 31" bókar sinnar Opticks, en samkvæmt henni festast atóm saman með einhverjum krafti. Sér í lagi segir Newton, eftir að hafa rakið hinar ýmsu kenningar sem þá voru í tízku um hvernig atóm tengdust saman, svo sem "krækt atóm", "límd saman af kyrrstöðu" eða "tolla saman með samræmdri hreyfingu" að hann dragi frekar þá ályktun af samloðun þeirra að "agnir laðast hver að annarri vegna einhvers krafts, sem er einstaklega sterkur við snertingu, orsakar efnatengið við litla fjarlægð en hefur lítil áhrif þegar lengra dregur frá ögnunum."

Árið 1819, í kjölfar uppgötvunar voltastaflans, þróaði Jöns Jakob Berzelius kenningu um efnafræðilega samsetningu þar sem áherzlan var á rafeindasækið og rafeindafælið eðli hlutaðeigandi atóma. Um miðja 19. öld þróuðu Edward Frankland, F.A. Kekulé, A.S. Couper, A.M. Butlerov og Hermann Kolbe á grundvelli stakeindakenningarinnar gildiskenninguna, sem upphaflega kallaðist "samsetningarafl", en samkvæmt henni héldust efnasambönd saman vegna aðdráttar jákvæðra og neikvæðra skauta. Árið 1916 þróaði efnafræðingurinn Gilbert N. Lewis hugtakið rafeindaparstengi, en í því geta tvö atóm deilt með sér einni til sex rafeindum og mynda þannig einnar rafeindar tengi, einfalt tengi, tvöfalt tengi eða þrefalt tengi:

Lewis-bond.svg

Með orðum Lewis sjálfs: "Rafeind getur myndað hluta svigrúms tveggja mismunandi atóma og verður þá ekki sögð tilheyra öðru þeirra eingöngu."

Sama ár setti Walther Kossel fram kenningu sem svipaði til kenningar Lewis, nema hvað líkan hans gerði ráð fyrir fullkomnum flutningi rafeinda milli atóma og lýsti því skautuðum tengjum. Lewis og Kossel byggðu tengilíkön sín báðir á reglu Abeggs (1904).

Árið 1927 þróaði danski eðlisfræðingurinn Øyvind Burrau fyrstu stærðfræðilega fullgerðu skammtalýsingu einfalds efnatengis, þ.e. þess sem ein rafeind framkallar í vetnissameindarjóninni, H2+.[1] Verk hans sýndi fram á að skammtanálgunin við efnatengi væri fræðilega og megindlega rétt, en ekki var hægt að færa stærðfræðiaðferðirnar út til sameinda með fleiri en einni rafeind. Sama ár settu Walter Heitler og Fritz London fram hagnýtari en ekki eins megindlega nálgun. Heitler-London-aðferðin myndar grunninn í því sem kallast nú gildistengiskenningin.

Árið 1929 setti John Lennard-Jones fram línulega samantekt atómsvigrúma (sameindasvigrúmaaðferðina) (LSA). Hann lagði einnig til aðferðir við að leiða út rafeindabyggingu sameinda F2 (flúors) og O2 (súrefnis) útfrá skammtafræðilegum grundvallarlögmálum. Þessi sameindasvigrúmaaðferð setti deilitengi fram sem svigrúm sem myndaðist með samsetningu hinna skammtafræðilegu Schrödinger-atómsvigrúma sem höfðu verið gerðar tilgátur um fyrir rafeindir í stökum atómum. Jöfnurnar um tengirafeindir í margra-rafeinda-atómum var ekki hægt að leysa á lokuðu formi (analýtískt) en lausnanálganir gáfu margar góðar eigindlegar forsagnir og niðurstöður. Flestir megindlegir útreikningar í nútíma-skammtaefnafræði notast ýmist við gildistengis- eða sameindasvigrúmskenninguna sem útgangspunkt, þó þriðja aðferðin, þéttleikafelliskenningin, hafi notið vaxandi vinsælda síðari ár.

Árið 1935 framkvæmdu H.H. James og A.S. Coolidge útreikning á tvívetnissameindinni sem notaðist, ólíkt fyrri útreikningum sem byggðu aðeins á fjarlægð rafeindarinnar frá atómkjarnanum, við föll sem voru einnig háð fjarlægðinni milli rafeindanna tveggja.[2] Með allt að 13 stillanlegum stikum náðu þeir fram útkomu sem var mjög nálægt tilraunaniðurstöðunni um bindiorkuna. Síðari útvíkkanir hafa notazt við allt að 54 stika og gefa afbragðsgott samræmi við tilraunir. Þessi útreikningur sannfærði vísindasamfélagið um að skammtafræðin gæti fallið saman við tilraunir. Hinsvegar býður þessi nálgun ekki upp á "eðlisfræðilega mynd" á borð við gildistengis- og sameindasvigrúmakenninguna og erfitt er að víkka hana út til stærri sameinda.

Gildistengiskenningin[breyta]

Árið 1927 var gildistengiskenningin smíðuð. Kjarni hennar var að efnatengi komast á þegar tvær gildisrafeindir, hvor í sínu atómsvigrúmi, verki til þess að halda tveimur kjörnum saman, fyrir tilstilli áhrifa sem valda lækkun orku. Árið 1931 birti efnafræðingurinn Linus Pauling á grundvelli þessarrar kenningar grein sem talin hefur verið ein sú mikilvægusta í sögu efnafræðinnar: "Um eðli efnatengisins". Í þessarri grein kynnti Pauling á grundvelli verka Lewis, gildisrafeindakenningar Heitlers og London og sinna eigin fyrri verka, sex reglur um deilda rafeindatengið, en fyrstu þrjár voru þegar þekktar:

  1. Rafeindaparstengið verður til fyrir víxlverkun óparaðrar rafeindar á hvoru hinna tveggja atóma.
  2. Spunar rafeindanna verða að vera gagnstæðir.
  3. Þegar rafeindirnar hafa einu sinni parazt, geta þær ekki tekið þátt í frekari tengjum.

Síðustu þrjár reglur Paulings voru nýjar:

  1. Rafeinda-skipta-liðir tengisins fela aðeins í sér eitt bylgjufall frá hvoru atómi.
  2. Tiltækar rafeindir á lægsta orkuþrepi mynda sterkustu tengin.
  3. Af tveimur svigrúmum í atómi myndar það sem getur skarazt mest við svigrúm frá öðru atómi sterkasta tengið og þetta tengi hneigist til að liggja í átt hins sameinaða svigrúms.

Á grundvelli þessarrar greinar varð kennslubók Paulings frá árinu 1939: Um eðli efnatengisins (On the Nature of the Chemical Bond) að því sem kallað hefur verið "biblía" nútímaefnafræði. Bókin auðveldaði tilraunaefnafræðingum skilning á áhrifum skammtafræði á efnafræði. Síðari útgáfa frá árinu 1959 náði þó ekki að taka með fullnægjandi hætti á vandamálum sem sameindasvigrúmakenningin virtist skýra betur. Áhrif gildisrafeindakenningarinnar minnkuðu árin 1960-1980 eftir því sem sameindasvigrúmakenningin varð vinsælli og var framkvæmd með mörgum tölvuforritum. Frá árinu 1980 hafa erfiðustu vandamálin við að framkvæma gildisrafeindakenninguna í tölvuforritum að mestu verið leyst og hefur hún því eflzt aftur.

Sameindasvigrúmskenningin[breyta]

Samkvæmt sameindasvigrúmskenningunni myndar línuleg samantekt atómsvigrúma svigrúm sem ná yfir alla sameindina. Slíkum sameindasvigrúmum er oft skipt upp í tengjandi svigrúm, andtengjandi svigrúm og ótengjandi svigrúm. Sameindasvigrúm er ekkert annað en Schrödinger-svigrúm með fleiri en einum kjarna. Ef þetta svigrúm er þannig gert að meiri líkur eru til þess að rafeindir þess séu á milli kjarnanna en annarsstaðar, er það tengjandi og hefur tilhneigingu til að halda kjörnunum saman.

Ef rafeindir sameindasvigrúms eyða meiri tíma annarsstaðar en milli kjarnanna, verkar það sem andtengjandi svigrúm og veikir tengið.

Rafeindir ótengjandi svigrúma eru yfirleitt í djúpum svigrúmum (næstumþví atómsvigrúmum) sem tengjast nær alfarið einum kjarna og verja því jafnmiklum tíma milli kjarna og ekki. Slíkar rafeindir auka hvorki né draga úr styrk tengisins.

Samanburður gildistengis- og sameindasvigrúmskenninganna[breyta]

Að sumu leyti er gildistengiskenningin fremri sameindasvigrúmskenningunni. Þegar gildistengiskenningunni er beitt á einföldustu tveggja atóma sameindina, H2, gefur hún, jafnvel með einföldustu Heitler-London-nálguninni, miklu betri nálgun fyrir tengiorkuna. Hún gefur einnig mun nákvæmari mynd af hegðun rafeindanna þegar efnatengi myndast og rofna. Einföld sameindasvigrúmakenning segir hinsvegar til um að vetnissameindin leysist upp í línulega samlegð vetnisatóma og jákvæðra og neikvæðra vetnisjóna, algjörlega óeðlisfræðilega niðurstöðu. Þetta útskýrir að hluta til hvers vegna ferill heildarorku á móti fjarlægðar milli atóma fyrir gildistengisaðferðina liggur fyrir ofan ferilinn fyrir sameindasvigrúmsaðferðina fyrir allar fjarlægðir, einkum stórar. Þessi staða er eins fyrir allar eins-frumefnis-sameindir og er sérstaklega slæm fyrir F2 þar sem lágmarksorka sameindasvigrúmskenningarferilsins er hærri en orka tveggja F atóma.

Hugtakið tvinnun er svo fjölhæft og breytileiki tengja í flestum lífrænum efnasamböndum svo takmarkaður að gildistengjakenningin er ennþá óaðskiljanlegur hluti orðaforða lífrænnar efnafræði. Hinsvegar sýndu verk Hunds, Mullikens og Herzbergs að sameindasvigrúmskenningin gæfi betri lýsingu á litrófs-, jónunar- og seguleiginleikum sameinda. Annmarkar gildistengiskenningar urðu ljósir þegar marggildar sameindir (t.d. PF5) voru útskýrðar án notkunar d-svigrúma sem voru ómissandi fyrir tengipörunarskemað sem Pauling lagði til fyrir slíkar sameindir. Málmflókar og rafeindasnauð efnasambönd (t.d. tvíboran) virtust einnig vel útskýrð með sameindasvigrúmskenningunni enda þótt þeim hefði þá þegar verið lýst með gildistengiskenningunni.

Tengi í efnaformúlum[breyta]

Þrívítt eðli atóma og sameinda veldur því að ekki er hægt að nota eina aðferð til að tilgreina rafeindahvel og tengi. Í sameindaformúlu eru efnatengin (bindihvel) milli atóma tilgreind með ýmsum mismunandi aðferðum eftir tegund umfjöllunar. Stundum er þeim alveg sleppt. Til dæmis í lífrænni efnafræði hafa efnafræðingar stundum aðeins áhuga á virknihópi sameindarinnar. Þ.e., sameindaformúla etanóls (vínanda) kann að birtast í vísindagrein á aðlögunar-, þrívíðu, fullu tvívíðu (þar sem hvert tengi er tilgreint án allra þrívíðra átta), samþjöppuðu tvívíðu (t.d. CH3–CH2–OH) formi, með virknihópinn aðgreindan frá afgangi sameindarinnar (C2H5OH), eða eftir atómeiningum efnisins (C2H6O), allt eftir því hvað er rætt. Stundum eru m.a.s. ótengjandi gildishvelsrafeindirnar (með tvívíðum nálgunaráttum) sýndar, þ.e. fyrir frumefniskolefni: .'C'. Sumir efnafræðingar kunna einnig að tilgreina tilheyrandi hvel, þ.e. tilgátukenndu mínusjónina eten−4 mínusjón (\/C=C/\ −4) sem gefur til kynna möguleikann á myndun tengis.

Sterk tengi[breyta]

Í töflunni hér að neðan má sjá helstu gerðir sterkra tengja.

Tegund tengis Tengifélagi
Jónatengi (samheiti eru rafeindagilt tengi, sundurgilt tengi) Málmleysingjar við málma
Málmtengi Málmar við málma
Deilitengi (samheiti eru samgilt tengi, rafeindaparstengi) Málmleysingjar við málmleysingja
Flókatengi (samheiti eru samhæft tengi, gjafa-þega-tengi) Rafeindasnautt miðatóm með rafeindaríkum bindli
Dæmigerðar tengilengdir í pm
og tengiorkur í kJ/mol.
Upplýsingar fengnar úr [1].
Tengi Lengd
(pm)
Orka
(kJ/mól)
H — Vetni
H–H 74 436
H–C 109 413
H–N 101 391
H–O 96 366
H–F 92 568
H–Cl 127 432
H–Br 141 366
C — Kolefni
C–H 109 413
C–C 154 348
C=C 134 614
C≡C 120 839
C–N 147 308
C–O 143 360
C–F 135 488
C–Cl 177 330
C–Br 194 288
C–I 214 216
C–S 182 272
N — Köfnunarefni
N–H 101 391
N–C 147 308
N–N 145 170
N≡N 110 945
O — Súrefni
O–H 96 366
O–C 143 360
O–O 148 145
O=O 121 498
F, Cl, Br, I — Halógenar
F–H 92 568
F–F 142 158
F–C 135 488
Cl–H 127 432
Cl–C 177 330
Cl–Cl 199 243
Br–H 141 366
Br–C 194 288
Br–Br 228 193
I–H 161 298
I–C 214 216
I–I 267 151
S — Brennisteinn
C–S 182 272

Sameiginlegt með sterkum tengjum er að þau eru kraftar sem verka milli atóma og halda þeim innan sameindar. Í einfaldaðri staðbundinni mynd af tengi er fjöldi rafeinda sem taka þátt í tengi (eða eru staðsettar í tengihveli) yfirleitt margfeldi af 2, 4 eða 6. Jafnar tölur eru reglan því rafeindir ná lægra orkuástandi með því að para sig. Mun flóknari tengikenningar hafa sýnt að tengistyrkur er ekki ávallt heiltala, eftir dreifingu rafeinda á hvert atóm sem tekur þátt í tengi. Til dæmis tengjast kolefnisatómin í benzeni hvert öðru með u.þ.b. 1,5-gildu tengi og atómin tvö í nituroxíði tengjast hvort öðru með u.þ.b. 2,5-gildu tengi. Ferföld tengi þekkjast einnig. Tegund sterks tengis fer eftir mismun rafeindasækni og dreifingu rafeindahvelaferlanna sem bjóðast atómunum sem tengjast. Því meiri sem rafeindasæknimunurinn er, þeim mun sterkar dregst rafeind að tilteknu atómi tengisins og þeim mun "jónískara" er tengið sagt vera. Því minni sem rafeindasæknimunurinn er, þeim mun jafngildara er tengið.


Jónatengi[breyta]

Aðalgrein: Jónatengi
Matarsalt (natrínklóríð)

Jónatengi er almennt sterkasta efnatengið. Samkvæmt strangri skilgreiningu kallast það jónatengi milli atóma málms og málmleysingja þegar málmatómið gefur gildisrafeindir sínar alfarið yfir til málmleysingjans. Þar með verður til plúsjón úr málmatóminu og mínusjón úr atómi málmleysingjans. Við nógu lágan hita veldur rafstöðuaðdráttur milli slíkra jóna því að þær raða sér saman í jónagrind. Við hærri hita brotnar grindin niður og til verður vökvi þar sem stakar jónir ferðast auðveldlega til. Efnasambönd með jónatengjum eru vegna hinna sterku rafaðdráttarkrafta milli eininga sinna saltkennd: þau hafa hátt bræðslumark, eru vel rafleiðandi sem vökvi og í lausn (2. stigs leiðarar, rafvakar) og eru mjög stökk.

Dæmi: Formleg myndun efnatengis kalínklóríðs:

\mathrm{K \cdot + \cdot \overline{\underline{I|}} \longrightarrow  K^{+} + \overline{\underline{|I|}}^-}

Málmtengi[breyta]

Aðalgrein: Málmtengi
Eirmoli

Þar eð eingöngu málmar tengjast með málmtengjum, gefa öll atómin frá sér gildisrafeindir. Málmplúsjónirnar sem þannig verða til haldast saman fyrir tilstilli þessara rafeinda sem ferðast frjálst (svokallaðs rafeindagass); málmgrind verður til. Ólíkt því sem gerist í tilfelli jónatengisins byggist grindin í tilfelli málmtengja hjá hinum ýmsu frumefnum ekki upp samkvæmt lögmálum hlutfallaefnafræðinnar. Málmar eru þessvegna yfirleitt góðir rafleiðarar (1. stigs leiðarar), mótanlegir (þanþolnir), góðir varmaleiðarar og hafa málmgljáa (sjá myndina af eirmola).

Dæmi: Formleg myndun tengis milli natrín-atóma í málmgrind:

\mathrm{Na \cdot + \cdot Na \longrightarrow Na^+ \left( : \right) Na^+}

Deilitengi[breyta]

Aðalgrein: Deilitengi
Vatns- og súrefnisatómin í vatni tengjast með deilitengjum - vatn er því gert úr sameindum

Þar eð eingöngu málmleysingjar tengjast með deilitengjum (einnig nefnd samgild tengi) bjóða báðir aðilar hvarfsins hinum gildisrafeind til ráðstöfunar en gefa hana ekki alveg frá sér, og taka til sín rafeind frá hinum að hluta til með sama hætti. Þannig verða til sameindir eða atómgrindur sem rafeindapör halda saman. Rafeindirnar dvelja í svokölluðum sameindasvigrúmum milli atómanna tveggja (tengjandi rafeindapör). Atómsambandið sem þannig verður til er nefnt sameind. Því er deilitengi einnig stundum nefnt sameindatengi, samgilt tengi (sbr. gildi) eða rafeindaparstengi. Deilitengi getur verið skautað eða óskautað eftir því hvort rafeindirnar hafa ósamhverfa eða samhverfa dreifingu í sameindinni. Yfirleitt hafa sameindakennd efni lágt suðumark og eru rafeinangrandi. Efni úr litlum sameindum koma við stofuhita gjarnan fyrir sem lofttegund eða vökvi (dæmi: vatn, súrefni, klórvetni). Efni úr risasameindum og fjölliðum birtast á föstu formi og gjarnan sem gerviefni eða demantar (dæmi: pólýetýlen, sterkja, bórnítríð).

Dæmi um efni sem haldið er saman með deilitengi er klórvetni:

\mathrm{H \cdot \ + \ \cdot \overline{\underline{Cl}}\vert \qquad \rightarrow \qquad H- \overline{\underline{Cl}}\vert}

Millistig milli jóna-, málm- og deilitengja[breyta]

Innan hverrar lotu minnkar málmeðli atómanna í lotukerfinu frá vinstri til hægri og ofanfrá og niður. Mörkin milli tengitegundanna þriggja eru því fljótandi. Fyrir jónaeðli tengjanna sem atóm mynda gildir sama meginregla í öfuga átt. Hér koma nokkur dæmi úr 3. lotu:

Millistig milli jóna- og deilitengis

Í tengjum klórs við frumefni 3. lotu minnkar jónaeðlið stöðugt frá vinstri til hægri og deilitengiseðlið eykst.


Millistig milli málm- og jónatengis

Í tengjum natríns við frumefni 3. lotu minnkar málmeðlið stöðugt frá vinstri til hægri og jónaeðlið eykst.


Millistig milli málm- og deilitengis

Innan málmgrindar eða sameinda frumefna 3. lotu minnkar málmeðlið stöðugt frá vinstri til hægri og deilitengiseðlið eykst.

Flókatengi[breyta]

Aðalgrein: Flókatengi

Flókatengið líkist í eiginleikum sínum deilitenginu því einnig hér eru rafeindir ekki alveg gefnar burt. En ólíkt því sem gerist í deilitengi njóta ekki báðir aðilar sameiginlegu rafeindaparanna, heldur aðeins annar.

Yfirleitt hvarfast miðatóm (oftast málmjón) með göt í rafeindaskipan sinni (t.d. í næstyzta svigrúmi) við eina eða fleiri sameindir eða jónir (bindla) sem hafa hvert a.m.k. eitt frjálst rafeindapar að bjóða fyrir tengið. Áttundarreglan skiptir hér engu máli þar eð tengirafeindir fylla auð pláss í innri svigrúmum miðatómsins, ólíkt því sem gerist í deili- og jónatengjum, þar sem aðeins yzta svigrúmið fyllist eða tæmist.

Eiginleikum flókasambanda er ekki hægt að lýsa almennt. Þar eð flókasambönd eru oft sjálf hlaðin vegna hleðslu miðatómsins og bindlanna, sýna þau einnig eiginleika líka efnum með jónatengjum. Flestir flókar hafa lit.

Hinsvegar heldur flókatengið saman á sama hátt og deilitengið með aðdrætti milli jákvætt hlaðinna kjarna og neikvætt hlaðinna rafeinda sem nýttar eru sameiginlega í sameindarsvigrúmi.

Dæmi:

Vatnslaust, hvítt eirsúlfat litast við ígjöf vatns ljósblátt. Til verður vatnsflóki eirsins þar sem fjórar vatnssameindir þjóna hlutverki bindla á miðjóninni. Súlfat-mínusjónin binzt vatnsflókanum og myndar með honum blátt jónasamband:

\mathrm{CuSO_4 + 4 \ H_2O \longrightarrow [Cu(H_2O)_4]SO_4}

Tengi milli sameinda (veik tengi)[breyta]

Til eru fjórar megingerðir tengja sem geta myndast milli tveggja eða fleiri sameinda, jóna eða atóma sem eru ótengd að öðru leyti. Kraftar milli sameinda valda því að sameindir dragast að eða hrindast frá hver annarri. Þeir skilgreina oft vissa eðlisfræðilega eiginleika efnis, svo sem bræðslumark.

Tengi milli tveggja varanlegra tvískauta[breyta]

Mikill munur á rafeindasækni milli tveggja sterktengdra atóma innan sameindar veldur því að til verður tvískaut (tvískaut er par varanlegra hluthleðslna). Tvískaut dragast að eða hrinda hvert öðru frá sér.

Vetnistengi[breyta]

Á vissan hátt er vetnistengið sérstaklega sterkt dæmi um varanlegt tvískaut. En í vetnistengi er það nær sanni að mark- og gjafaatómið deili vetnisróteindinni á milli sín í þriggja miðja, tveggja rafeinda tengi svipað því sem gildir í tvíborani. Vetnistengi eru skýringin á hinu tiltölulega háa suðumarki vökva svo sem vatns, ammoníaks og vetnisflúoríðs, í samanburði við þyngri samsvarandi frumefni í sama dálki frumefnatöflunnar.

Tengi milli augnablikstvískauts og spanaðs tvískauts (van der Waals)[breyta]

Tengi milli augnablikstvískauts og spanaðs tvískauts, eða van der Waals-kraftar, eru veikust en einnig algengust allra tengja; þau finnast milli allra efna. Ímyndum okkur helínatóm: Á sérhverju augnabliki má hugsa sér að rafeindaskýið í kringum kjarnann sé í lítilsháttar ójafnvægi, meiri neikvæð hleðsla sé annarrar róteindarinnar megin. Þetta kallast augnablikstvískaut. Það dregur að eða hrindir frá sér rafeindum nálægs helínatóms og framkallar þannig annað tvískaut. Atómin tvö dragast að hvort öðru eitt augnablik eða þar til hleðslurnar ná aftur jafnvægi og atómin halda sína leið.

Plúsjón-pí-víxlverkun[breyta]

Plúsjón-pí-víxlverkun á sér stað milli staðbundinna neikvæðra hleðslna π-svigrúms-rafeinda, staðsettra fyrir ofan og neðan flöt arómatísks hrings, og jákvæðrar hleðslu.

Rafeindir í efnatengjum[breyta]

Í markgildi "hreins" jónatengis milli tveggja atóma halda rafeindirnar sig alfarið á öðru atóminu. Tengið má þá skilja útfrá sígildri eðlisfræði þar sem kraftarnir milli atómanna einkennast að mestu af einsátta samfelldum rafstöðumættum. Atómin dragast hvort að öðru í réttu hlutfalli við hleðslumuninn.

Deilitengjum er hinsvegar betur lýst með gildistengiskenningunni og skilja má eiginleika hlutaðeigandi atóma með hugtökum svo sem oxunartölu. Í deilitengjum er rafeindaþéttleikinn innan tengis ekki rakinn til einstakra atóma. Kenningin um línulega samantekt atómsvigrúma hjálpar til við lýsingu byggingar sameindasvigrúma og -orkna á grundvelli atómsvigrúma atómanna sem þær eru gerðar úr. Ólíkt hreinum jónatengjum hafa sum deilitengi óeinsátta eiginleika og hafa þá eigin heiti svo sem Sigma- og Pítengi.

Í raun eru flest efnasambönd hvorki "hrein" jónísk eða deilin, heldur einhversstaðar þar á milli. Rafeindin ver meiri hluti tíma sínum á öðru atóminu en hinu, eftir hlutfallslegri rafeindasækni þeirra.

Tilvísanir[breyta]

  1. Laidler, K. J. (1993) The World of Physical Chemistry, Oxford University Press, p. 347
  2. James, H. H.; A. S. Coolidge (1933). „The Ground State of the Hydrogen Molecule“. Journal of Chemical Physics 1: 825–835. DOI:10.1063/1.1749252.